EP1557065B1 - Verfahren zur verbesserung der qos mechanismen bei der bandbreitenzuweisung in cdma-mobilkommunikationssystemen - Google Patents

Verfahren zur verbesserung der qos mechanismen bei der bandbreitenzuweisung in cdma-mobilkommunikationssystemen Download PDF

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EP1557065B1
EP1557065B1 EP03767384A EP03767384A EP1557065B1 EP 1557065 B1 EP1557065 B1 EP 1557065B1 EP 03767384 A EP03767384 A EP 03767384A EP 03767384 A EP03767384 A EP 03767384A EP 1557065 B1 EP1557065 B1 EP 1557065B1
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allocation
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    • H04W76/10—Connection setup
    • H04W76/12—Setup of transport tunnels

Definitions

  • the invention relates to a method for improving the QoS (Quality of Service) mechanisms in the bandwidth allocation in CDMA mobile communication systems, such.
  • QoS Quality of Service
  • a UMTS mobile communication system A UMTS mobile communication system.
  • a UMTS network consists of several Radio Network Subsystems (RNS). Each RNA consists of a Radio Network Controller (RNC) and one or more Node B. A Node B contains one or more radio stations, each covering a radio cell (sector). The RNC handles the handover and macrodiversity functions between different Node B. The individual RNAs themselves can exchange data directly with one another via the corresponding RNC. The connection of the Node B to its RNC takes place via a Uu interface. A Node B manages a group of radio cells that can operate in FDD mode, TDD mode or both duplex types. He is able to control soft handover and macrodiversity within his cells independently of the RNC.
  • RNC Radio Network Controller
  • the purpose of the signaling procedure is to set up a radio access bearer from the CN to the terminal.
  • the RAB ASSIGNMENT REQUEST message contains the specified RAB-ID, as well as all required routing parameters and the desired Quality of Service (QoS). It is possible to negotiate QoS, in which case the response RAB ASSIGNMENT RESPONSE contains the QoS actually assigned to this RAB.
  • the RAB ASSIGNMENT REQUEST message is always sent from the CN and can be used to modify or dismantle it except to set up a RAB. With a single procedure, multiple RABs can become one User terminal to be set up. A RAB thus represents a traffic channel through the UMTS network through to the user terminal.
  • a UMTS TD-CMDA system comprises 64 voice channels per carrier. With these 64 channels you can now flexibly set different data rates from 9.6 kbit / s to 2 Mbit / s by combining the channels accordingly.
  • PDP-context Packet Data Protocol Context
  • ETSI TS 123 207 V5.5.0 2002-09
  • Digital Cellular Telecommunications System Phase 2+
  • Universal Mobile Telecommunications System UMTS
  • End-to-End Quality of Service QoS
  • 3GPP TS 23.207 the user terminal sends the ACTIVATE PDP CONTEXT REQUEST message containing the requested QoS parameters.
  • the contained QoS information elements so far include only information about the user terminal granted guaranteed bitrate and the maximum bit rate for uplink and downlink. It should be noted that within the scope of this invention, the terms bandwidth, bit rate and data rate are used in an equivalent manner.
  • US Pat. No. 6,069,883 A. discloses a CDMA mobile radio system with the ability to allocate increased bandwidth to a mobile station requesting that bandwidth. This is not about guaranteeing a minimum bandwidth communicated by the mobile station, but providing the mobile station with the highest possible bandwidth.
  • EP 1 154 663 A1 discloses a method for controlling the quality of service (QoS) in a mobile communication network, wherein it is checked for each new connection whether a desired bandwidth can be made available. It is accepted to reduce the bandwidth of existing connections, where appropriate within specified limits. Therefore, a so-called QoS descriptor is specified for each connection, which determines by how much the bandwidth allocated to this connection may be reduced if necessary.
  • QoS quality of service
  • the object of the invention is to provide a method for improving the quality of service QoS mechanisms in the bandwidth allocation in Code Division Multiple Access CDMA mobile communication systems, whereby the available bandwidth can be optimized in a radio cell.
  • a user terminal can signal to the mobile communication network which minimum bit rate it requires for downlink and uplink. Based on the minimum bit rate specified by the terminal and the maximum bit rate set in the standard, the Radio Network Controller RNC can manage the available bandwidth optimize. Thus, the possibilities of the user terminal and the available bandwidth in the radio cell are utilized as well as possible.
  • the user terminal specifies the minimum bit rate requested by itself and the particular application. Unless the specified minimum bit rate is available on the air interface, the application can not be performed.
  • the associated network node sends the message RAB ASSIGNMENT REQUEST to the RNC, which, as heretofore known, contains the maximum bit rate assigned to the user terminal or the air interface and the guaranteed bit rate for uplink and downlink.
  • this message contains information about the minimum bit rate and the maximum bit rate available to the user terminal and the respective application. These minimum and maximum bit rates correspond to the requested bit rates, provided that the necessary bandwidth capacity is available in the radio cell.
  • the RNC handles the assignment of the RAB (Radio Access Bearer) and the codes according to the requested bandwidth.
  • RAB Radio Access Bearer
  • the RNC is responsible for assigning RAB and bandwidth according to a list of rules that can be set and changed by a network operator.
  • the rules may depend on the time. For example, the rules may allow a user terminal at night, i. At lower traffic load, allocate higher bit rates. The rules may also depend on the particular participant and / or the fare.
  • the allocated bit rate can not be greater than the "maximum” bit rate but greater than the "guaranteed” bit rate specified in the requested QoS, as long as it is between the minimum and maximum bit rates the maximum bit rate requested by the user terminal.
  • the associated QoS parameters are then sent back to the user terminal by a network node (e.g., SGSN) using the message "ACTIVATE PDP CONTEXT ACCEPT.”
  • a network node e.g., SGSN
  • the assigned bit rate can later also be changed by the "PDP-context-modification procedure" defined in the 3GPP (3rd Generation Partnership Project [www.3GPP.org]), e.g. if the remaining available bandwidth is requested by other subscribers.
  • An air interface of a radio cell has a total available bandwidth of 256 kbit / s at a time t0.
  • a user 1 requests a RAB with a guaranteed and maximum bit rate of 64 kbit / s to download a 256 kbit file.
  • the RNC assigns the user a code corresponding to a bit rate of 64 kbit / s.
  • the download is completed in 4 seconds, at time t0 + 4s.
  • user 2 and user 3 also request a RAB with a guaranteed bandwidth of 64 kbps. These requirements can be met.
  • the remaining bandwidth on the air interface at time t0 + 1s is therefore 64 kbit / s.
  • a user 4 requests a RAB with a guaranteed and maximum bit rate of 128 kbit / s. This requirement can not be met, as currently only a bandwidth of 64 kbit / s is available on the air interface.
  • the RNC would have assigned the user a code for 128 kbit / s. Taking into account the bandwidths of 64 kbit / s allocated to users 1 and 2, the download of user 1 would have been completed at time t0 + 2 and a bandwidth of 128 kbit / s would have been available. The user 4 could thus have been assigned the desired bandwidth of 128 kbit / s.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der QoS (Quality of Service) Mechanismen bei der Bandbreitenzuweisung in CDMA-Mobilkommunikationssystemen, wie z. B. einem UMTS-Mobilkommunikationssystem.
  • Ein UMTS-Netzwerk setzt sich aus mehreren Radio Network Subsysteme (RNS) zusammen. Jedes RNS besteht aus einem Radio Network Controller (RNC) und einem oder mehreren Node B. Ein Node B enthält eine oder mehrere Funkstationen, welche jeweils eine Funkzelle (Sektor) abdecken. Der RNC übernimmt die Steuerung für Handover und die Funktionen im Zusammenhang mit Macrodiversity zwischen verschiedenen Node B. Die einzelnen RNS selbst können über den entsprechenden RNC direkt Daten untereinander austauschen. Die Anbindung der Node B an ihren RNC erfolgt über eine Uu-Schnittstelle.
    Ein Node B verwaltet eine Gruppe von Funkzellen, die im FDD-Modus, im TDD-Modus oder in beiden Duplexarten betrieben werden können. Er ist in der Lage Softhandover und Macrodiversity innerhalb seiner Zellen unabhängig vom RNC zu kontrollieren. Der Zweck der Signalisierungsprozedur besteht in der Einrichtung eines Radio Access Bearers vom CN bis zum Endgerät. Dazu enthält die RAB ASSIGNMENT REQUEST Nachricht die festgelegte RAB-ID, sowie alle erforderlichen Routing-Parameter und die gewünschte Quality of Service (QoS). Es ist möglich eine QoS zu verhandeln, in diesem Falle enthält die Antwort RAB ASSIGNMENT RESPONSE die tatsächlich diesem RAB zugewiesene QoS. Die Nachricht RAB ASSIGNMENT REQUEST wird stets vom CN aus gesendet und kann außer zum Aufbau eines RAB auch zu dessen Modifikation oder Abbau verwendet werden. Mit einer einzelnen Prozedur können mehrere RAB's zu einem Benutzerendgerät eingerichtet werden. Ein RAB stellt somit einen Nutzkanal durch das UMTS Netz hindurch bis zum Benutzerendgerät dar.
  • Ein UMTS TD-CMDA System umfasst 64 Sprachkanäle pro Träger. Mit diesen 64 Kanälen kann man nun flexibel verschiedene Datenraten von 9,6 kbit/s bis 2 Mbit/s einstellen, indem man die Kanäle entsprechend kombiniert.
  • Gemäß dem Verfahren zur Aktivierung eines sogenannten Packet Data Protocol context (PDP-context), wie es aus der Spezifikation ETSI TS 123 207 V5.5.0 (2002-09) "Digital Cellular Telecommunications System (Phase 2+), Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), End to End Quality of Service (QoS) Concept and Architecture", 3GPP TS 23.207 entnommen werden kann, sendet das Benutzerendgerät die Nachricht ACTIVATE PDP CONTEXT REQUEST, welche die angeforderten QoS Paramenter enthält. Die enthaltenen QoS Informationselemente umfassen jedoch bisher nur Informationen über die dem Benutzerendgerät zugestandene garantierte Bitrate und die maximale Bitrate für Uplink und Downlink. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen dieser Erfindung die Begriffe Bandbreite, Bitrate und Datenrate in äquivalenter Weise verwendet werden.
  • US 6 069 883 A offenbart ein CDMA Mobilfunksystem mit Möglichkeit der Zuweisung einer erhöhten Bandbreite zu einer diese Bandbreite anfordernden Mobilstation. Hier geht es nicht darum, eine von der Mobilstation mitgeteilte minimale Bandbreite zu garantieren, sondern der Mobilstation eine möglichst hohe Bandbreite zur Verfügung zu stellen.
  • EP 1 154 663 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung der Quality of Service (QoS) in einem mobilen Kommunikationsnetzwerk, wobei für jede neue Verbindung geprüft wird, ob eine gewünschte Bandbreite zur Verfügung gestellt werden kann. Dabei wird in Kauf genommen, die Bandbreite bestehender Verbindungen gegebenenfalls in vorgegebenen Grenzen zu verringern. Daher wird für jede Verbindung ein sogenannter QoS-Deskriptor vorgegeben, der bestimmt, um wie viel die dieser Verbindung zugeordnete Bandbreite bei Bedarf vermindert werden darf.
  • Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines Verfahrens zur Verbesserung der Quality of Service QoS Mechanismen bei der Bandbreitenzuweisung in Code Division Multiple Access CDMA-Mobilkommunikationssystemen, womit die verfügbare Bandbreite in einer Funkzelle optimiert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Durch die Erfindung kann ein Benutzerendgerät dem Mobilkommunikationsnetz signalisieren, welche minimale Bitrate es für Downlink und Uplink benötigt. Anhand der vom Endgerät vorgegebenen minimalen Bitrate und der im Standard festgelegten maximalen Bitrate kann der Radio Network Controller RNC die Verwaltung der verfügbaren Bandbreite optimieren. Somit werden die Möglichkeiten des Benutzerendgeräts und die in der Funkzelle verfügbare Bandbreite möglichst gut ausgenutzt.
  • Erfindungsgemäß wird davon ausgegangen, dass in jeder Funkzelle eine Gesamtbandbreite zur Verfügung steht. Jedem Benutzerendgerät, das die Funkzelle beeinflusst, wird, sofern möglich, eine gewünschte bzw. benötigte effektive Bandbreite zugewiesen. Die Aufgabe der Ressourcenverwaltung ist nun, sicherzustellen, dass die Summe der effektiven Bandbreiten immer kleiner ist als die Gesamtbandbreite in der Funkzelle.
  • In der QoS Anforderung gibt das Benutzerendgerät die minimale Bitrate vor, die von ihm und der jeweiligen Anwendung angefordert wird. Sofern die angegebene minimale Bitrate auf der Luftschnittsstelle nicht verfügbar ist, kann die Anwendung nicht ausgeführt werden.
  • Während der PDP Context Aktivierung sendet der zugeordnete Netzknoten die Nachricht RAB ASSIGNMENT REQUEST zum RNC, welche, wie bisher bekannt, die dem Benutzerendgerät bzw. der Luftschnittstelle zugeordnete maximale Bitrate und die garantierte Bitrate für Uplink und Downlink enthält.
  • Zusätzlich enthält diese Nachricht erfindungsgemäß Angaben über die minimale Bitrate und die maximale Bitrate, die dem Benutzerendgerät und der jeweiligen Anwendung zur Verfügung steht. Diese minimalen bzw. maximalen Bitraten entsprechen den angeforderten Bitraten, sofern in der Funkzelle die notwendige Bandbreitenkapazität zur Verfügung steht.
  • Der RNC handhabt die Zuordnung des RAB (Radio Access Bearer) und der Codes entsprechend der angeforderten Bandbreite.
  • Erfindungsgemäß ist der RNC für die Zuordnung von RAB und der Bandbreite entsprechend einer Liste von Regeln zuständig, die von einem Netzbetreiber festgelegt und geändert werden können.
  • Die Regeln basieren im wesentlichen auf folgenden Eingangsparametern:
    • Class of Service
    • Verfügbare Bandbreite und/oder Codes
    • Der angeforderten maximalen Bitrate
    • Die angeforderte minimale Bitrate
    • Die angeforderte garantierte Bitrate
  • Anhand dieser Regeln wird der Luftschnittstelle ein entsprechender RAB zugeordnet.
  • Die Regeln können von der Zeit abhängig sein. Z.B. können die Regeln es erlauben einem Benutzerendgerät in der Nacht, d.h. bei geringerer Verkehrsbelastung, höhere Bitraten zuzuordnen. Die Regeln können auch vom jeweiligen Teilnehmerverhältnis und/oder dem Tarif abhängen.
  • Falls in der Funkzelle eine ausreichende Bandbreite (oder Codes) verfügbar sind, kann die zugeordnete Bitrate nicht größer sein als die "maximale" Bitrate aber größer als die "garantierte" Bitrate, die in der angefragten QoS angegeben waren, solange sie zwischen der minimalen und der maximalen von dem Benutzerendgerät angeforderten Bitrate liegt.
  • Die zugeordneten QoS-Parameter werden dann von einem Netzknoten (z.B. einem SGSN) mittels der Nachricht "ACTIVATE PDP CONTEXT ACCEPT" zurück zum Benutzerendgerät gesendet.
  • Die zugeordnete Bitrate kann später auch durch die im 3GPP (3rd Generation Partnership Project [www.3GPP.org]) definierte "PDP-context modification procedure" geändert werden, z.B. wenn die noch verfügbare Bandbreite von anderen Teilnehmern angefordert wird.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines einfachen Beispiels näher erläutert.
  • Folgender Fall ist gegeben: Eine Luftschnittstelle einer Funkzelle hat zu einem Zeitpunkt t0 eine gesamte verfügbare Bandbreite von 256 kbit/s.
  • Zum Zeitpunkt t0 fordert ein Benutzer 1 eine RAB mit einer garantierten und maximalen Bitrate von 64 kbit/s an, um eine Datei mit einem Umfang von 256 kbit herunterzuladen. Den aktuellen Regeln folgend, wie sie z.B. im 3GPP definiert sind, ordnet der RNC dem Benutzer einen Code zu, der einer Bitrate von 64 kbit/s entspricht. Bei der angeforderten Bitrate ist der Download in 4 Sekunden, also zum Zeitpunkt t0+4s, abgeschlossen.
  • Zum Zeitpunkt t0+1 s fordern Benutzer 2 und Benutzer 3 ebenfalls eine RAB mit einer garantieren Bandbreite von 64 kbit/s an. Diese Anforderungen können bedient werden.
    Die verbleibende Bandbreite auf der Luftschnittstelle zum Zeitpunkt t0+1s ist demnach 64 kbit/s.
  • Zum Zeitpunkt t0+2s fordert ein Benutzer 4 eine RAB mit einer garantierten und maximalen Bitraten von 128 kbit/s an. Dieser Anforderung kann nicht entsprochen werden, da auf der Luftschnittstelle momentan lediglich eine Bandbreite von 64 kbit/s verfügbar ist.
  • Hätte jedoch der Benutzer 1 zum Zeitpunkt t0 dem Netz signalisiert, dass er eine maximale Bandbreite von 128 kbit/s für das Herunterladen der Datei von 256 kbit anfordert, so hätte der RNC dem Benutzer einen Code für 128 kbit/s zugeordnet. Unter Berücksichtigung der den Benutzern 1 und 2 zugeordneten Bandbreiten von jeweils 64 kbit/s wäre zum Zeitpunkt t0+2 der Download des Benutzers 1 abgeschlossen und eine Bandbreite von 128 kbit/s verfügbar gewesen.
    Dem Benutzer 4 hätte somit die gewünschte Bandbreite von 128 kbit/s zugeordnet werden können.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Verbesserung der Quality of Service QoS Mechanismen bei der Bandbreitenzuweisung in Code Division Multiple Access CDMA-Mobilkommunikationssystemen,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Benutzerendgerät dem Mobilkommunikationssystem signalisiert, welche minimale Bandbreite es benötigt, und das Mobilkommunikationssystem einer Verbindung zum Benutzerendgerät, sofern verfügbar, eine Bandbreite innerhalb der benötigten Bandbreitezuweist, dass ein Netzknoten Radio Network Controller RNC die Zuordnung eines Radio Access Bearer RAB und von Codes entsprechend der benätigten Bandbreite handhabt, wobei die Zuordnung von RAB und der Bandbreite entsprechend einer Anzahl von Regeln erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbreite innerhalb der Nachricht ACTIVATE PDP CONTEXT REQUEST signalisiert wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zugeordnete QoS-Parameter vom Netzknoten mittels der Nachricht ACTIVATE Packet Data Protocol PDP CONTEXT ACCEPT zurück zum Benutzerendgerät gesendet werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeln auf mindestens einem der folgenden Eingangsparameter basieren: Class of Service, Verfügbare Bandbreite und/oder Codes, angeforderte maximale Bitrate und/oder angeforderte garantierte Bitrate.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeln zeitabhängig sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeln vom jeweiligen Teilnehmerverhältnis und/oder dem angewandten Tarif abhängen.
EP03767384A 2002-10-29 2003-10-27 Verfahren zur verbesserung der qos mechanismen bei der bandbreitenzuweisung in cdma-mobilkommunikationssystemen Expired - Lifetime EP1557065B1 (de)

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